用51单片机做小车的控制

1、用51做小车的相关思路和程序51小车作为一种入门小车，其基本原理与飞思卡尔比赛的小车相似，共分为硬件和软 件两个部分。其中软件部分可分为传感器数据采集，舵机控制，速度控制等，这里现在对 51小车的软件进行一个详细的介绍1.程序思路概述：首先51单片机需要通过红外传感器监测道路信息，然后将传感器得到的数据进行转换。最 后将转换后的数据通过某种控制算法，计算出舵机和电机的控制量，使小车能够沿着跑道行 驶。主体控制流程可以表示为如下图形：能机偏转:路况信息J 数据处理二车速改变2.程序算法2.1数据采集小车传感器为8个红外对管，经过电压比较器后，每个红外对管都有。和1两种状态。因此，8个红外对管产生

2、的数据刚好为1个字节。因此程序有两种方式将这8位数据读入：1、可 以将i/o 口数据当做一个字节，直接赋给一个字符变量；2、将8位数据按位读取，分别赋 给字符变量的每一位。我们的示例程序中采用的就是第二种方法。2.2数据处理由于读入的数据并不方便直接参与控制计算，因此先将该数据集分成16类，分别对应于小 车不同的位置信息，由-7+7表示，其中+7表示引导线位于小车最左侧，0表示引导线位 于小车中部，-7表示引导线位于小车最右侧，8表示未检测到引导线或其他错误情况。2.3控制算法上面的转换后的数据可以作为控制计算的输入，即小车与赛道的偏差信息。方向的控制算法 可以采用位置型PD算法。其中P为比例

3、环节，简单的说就是根据当前小车与赛道的偏差直接进行控制，偏离多少就转 多少，偏离越多，舵机转向越多。可以通过调节比例系数改变转向的幅度。系数越大，转向 幅度越大，转向越快。D称为微分环节，这里的微分信息指上面偏差信息的微分，可以简单理解为小车偏离赛道的 速率。可以简单的将本次的偏差信息与上一次偏差的差值算作微分项。微分项的控制方法是 说，小车偏离跑道越快，方向就要转的越多，反之则转向越小。因此当小车逐渐靠近跑道时， 微分项可以使小车偏转量减小，使小车不至于偏向另一边。可以通过改变微分项的系数来改 变这种调节作用的程度。一般来讲，微分系数越大，小车对于弯道的响应就越灵敏，行驶时 也更稳定。由于小

4、车在不同的位置时，可能需要不同的比例系数或微分系数，因此可以考虑在不同的情 况下，采用不同的系数进行运算。示例程序中采用的就是这种方法。速度控制也可以采用PD算法进行控制。为了使程序简单化，示例程序中采用了匀速的控制 方式。想要提高成绩的同学可以自行加入速度控制程序2. 4生成PWM由于51单片机没有PWM模块，因此需要通过通用I/O 口进行模拟来输出舵机和电机所需 的PWM波。可以分别使用一个定时器来作为一路PWM波的计时器。先将I/O 口置位，通过高电平时间 确定好定时器的初值，当定时器产生中断时，再将I/O 口清零，并设定低电平时间，由此循 环即可产生PWM波。其中，高电平时间由上面的控

5、制计算得出，低电平时间由PWM周期 减去高电平时间得到。鲫鱼电子工作室开发的51智能车是一种入门型智能小车，基本原理和参加飞思卡尔比赛的 小车相似，但是其制作要比正式比赛的小车简单。目的是为了让大家更快地进入飞思卡尔小 车的制作，对智能小车有个更好的理解。51小车分为硬件和软件两个部分，其中硬件又分为三个主要模块，51核心板模块，传感器 模块，扩展板模块。软件部分分为传感器数据采集，舵机控制，速度控制等。51核心板51核心板包括几个小的部分，下载部分，单片机最小系统部分，led用户灯，通用IO接口。 这次开发的51核心板的主控芯片为STC，选择这块芯片的一个重要原因是他的下载调试方 便，可以通

6、过串口直接下载，同时又有51单片机的所有资源。下载部分主要使用了一片PL2303,它是一片USB转串口功能的芯片，由于现在大部分计 算机都不包括串口，但每台计算机都有USB 口，于是我们想是否可以通过USB下载，最后 在网上找到了一片USB转串口的芯片，这样我们下载程序将更简单，不需要再单独购买51 下载器，极大地方便了同学们的调试。下载部分具体原理图如下：#include /包括一个52标准内核的头文件#include /*定义数据类型（方便移植）*/typedef unsigned char UINT8;typedef char SINT8;typedef unsigned int UIN

7、T16;typedef int SINT16;/*定义布尔值（增强程序可读性）*/#define HIGHLEVEL 1 #define LOWLEVEL 0/*定义相关常数(移植于不同的小车时，需根据实际情况改变该常数*/#define SERVOMID 1270 /舵机中值#define SERVOMOSTLEFT 1680 /舵机左值#define SERVOMOSTRIGHT 870 /舵机右值#define SERVO_PERIOD 20000 /舵机PWM周期：20ms，晶振12M 公式：计数值=定时时间 *晶振频率/12，如 20ms： 计数值=0.02 s * 12 000 0

8、00 Hz/12 = 20000#define MOTOR_PERIOD 10000 /电机 PWM 周期：10ms，晶振 12M/* 输出口定义 */sbit SevorPort = P0A1;sbit MotorPort = P0A6;sbit P20 = P2A0;sbit P21 = P2A1;sbit P22 = P2A2;sbit P23 = P2A3;sbit P24 = P2A4;sbit P25 = P2A5;sbit P26 = P2A6;sbit P27 = P2A7;/定义公共变量/UINT8 KServoD=10; /舵机 D 参数UINT8 KServoP5=65,

9、40,10,40,65; /舵机分段 P 参数UINT8 SampleData=0; /采样数据SINT8 Offset=0; /当前赛道位置SINT8 LastOffset2=0; 上一次赛道位置UINT16 SevorPWM=0; /舵机 PWM 高电平时间UINT16 MotorPWM=0; /电机 PWM 高电平时间/* void Init(void) /*初始化函数*/*初始化函数*/TMOD=0 x11; 定时器0， 16位工作方式;定时器1， 16位工作方式TR0=1;/启动定时器0TR1=1;/启动定时器1ET0=1; /打开定时器0中断ET1=1; /打开定时器0中断EA=1

10、;/打开总中断开启中断和定时器/* 数据采样函数 */void Sample(void)SampleData=0;if(P20=0)SampleData|=0 x01;if(P22=0)SampleData|=0 x02;if(P21=0)SampleData|=0 x04;if(P23=0)SampleData|=0 x08;if(P24=0)SampleData|=0 x10;if(P26=0)SampleData|=0 x20;if(P25=0)SampleData|=0 x40;if(P27=0)SampleData|=0 x80;/* *福 电襄 渚冷皆 */确定赛道位置/void

11、ConfirmLocation(void)switch(SampleData) /根据采集到的值进行判断/1000 0000/1000 0000最左边1个光电传感器检测到黑线/1100 0000最左边2个光电传感器检测到黑线/0100 0000依次类推/0110 0000/0010 0000/0011 0000/0001 0000/0001 1000case 0 xc0:Offset=6;break;case 0 x40:Offset=5;break;case 0 x60:Offset=4;break;case 0 x20:Offset=3;break;case 0 x30:Offset=2;

12、break;case 0 x10:Offset=1;break;case 0 x18:Offset=0;break;case 0 x08:Offset=-1;break; /)000 1000case 0 x0c:Offset=-2;break; /)000 1100case 0 x04:Offset=-3;break; /)000 0100case 0 x06:Offset=-4;break; /0000 0110case 0 x02:Offset=-5;break; /0000 0010case 0 x03:Offset=-6;break; /)000 0011case 0 x01:Off

13、set=-7;break; /)000 0001default: Offset=8;break; /其余情况包括跑道丢失于检测错误 /*赛道位置数据滤波(减少某次采样错误对系统的干扰)*/void Filter(void)if (Offset=8) 滤除错误信号，没有检测到黑线(是需要保持上一次测量值的)Offset=LastOffset0;else if(abs(Offset-LastOffset0)5) /滤除尖峰信号Offset=LastOffset0;/* 舵机控制函数 */ void ServoCtrl(void) UINT8 p=0,d=0;SINT16 PID=0;if(Offs

14、et=-7&Offset=-4&Offset=-7&Offset=-4&Offset=-1&Offset=2&Offset=5&OffsetSERVOMOSTLEFT)SevorPWM=SERVOMOSTLEFT;if(SevorPWMSERVOMOSTRIGHT)SevorPWM=SERVOMOSTRIGHT;/PID位置型算式舵机输出量限幅限幅/* 舵机测试函数 */ ServoTest()/ SevorPWM=SERVOMID; 测试舵机中值SevorPWM=SERVOMOSTLEFT; /测试舵机极左值/ SevorPWM=SERVOMOSTRIGHT; /测试舵机极右值 /* 速度控

15、制函数 */void MotorCtrl(void)MotorPWM=3000; /* 数据存储函数 */void SaveData(void)static UINT8 TCnt2=0;if(TCnt2=20)LastOffset1=LastOffset0;TCnt2=0;TCnt2+;LastOffset0=Offset; /* 主函数 */void main(void)Init(); /初始化while (1)Sample(); /采样ConfirmLocation(); 确认黑线位置Filter(); / 滤波ServoCtrl(); /舵机控制/ServoTest(); /舵机测试Mo

16、torCtrl(); / 电机控制SaveData();定 时 器 中 断 函 数/* 舵 机定 时 器 中 断 函 数void TC0Isr(void) interrupt 1static UINT8 TC20msFlag=LOW_LEVEL; /舵机输出状态标志UINT16 LowlvlTime=0;UINT16 HighlvlTime=0;if(TC20msFlag=HIGH_LEVEL)LowlvlTime=65535-(SERVO_PERIOD-SevorPWM);TH0=LowlvlTime/256;TL0=LowlvlTime%256;SevorPort=LOW_LEVEL;TC

17、20msFlag=LOW_LEVEL;elseHighlvlTime=65535-SevorPWM;TH0=HighlvlTime/256;TL0=HighlvlTime%256;SevorPort=HIGH_LEVEL;TC20msFlag=HIGH_LEVEL;电 机 定 时 器电 机 定 时 器*/void TC1Isr(void) interrupt 3static UINT8 TC10msFlag=LOW_LEVEL; 电机输出状态标志UINT16 LowlvlTime=0;UINT16 HighlvlTime=0;if(TC10msFlag=HIGH_LEVEL)LowlvlTim

18、e=65535-(MOTOR_PERIOD-MotorPWM);TH1=LowlvlTime/256;TL1=LowlvlTime%256;MotorPort=LOW_LEVEL;TC10msFlag=LOW_LEVEL;elseHighlvlTime=65535-MotorPWM;TH1=HighlvlTime/256;TL1=HighlvlTime%256;MotorPort=HIGH_LEVEL;TC10msFlag=HIGH_LEVEL;传感器部分相对比较容易，由8个相同的传感器单元构成，每个传感器单元由红外对管和 比较器构成，红外对管使用的是ST178,正向电流最大为50mA，电压最

19、大为6V；比较器 用的是LM324,是一个四比较器集成的芯片；基本原理是利用红外接收管随接受强度不一 样，导通程度不一样，从而使信号输出端的电压不同，与设置的阈值进行比较，得到二值化 的数据。备注：传感器模块中有两个比较器，比较器的参考电压是REF1和REF2, REF1，2是通过配 置上图左边的电阻分压而得，具体取多少，可以根据实验效果得到，上图我们取的阈值电压 是2.5V也就是电源电压的一半，同学们可以通过改变上下两边的电阻调整阈值电压，注意 电阻的单位最好是K欧级，5100K内更换电阻。关于上面的电阻功能及替换介绍，上面的 R1是红外发射端的限流电阻，电阻的大小根据所采用的元件特性决定，我们这次使用的是 ST178,他的电流范围为050mA左右，因此电阻大小在100以上都是可以的，不过建议150 欧以上，另外有的同学买的可能是与ST178兼容的红外对管，这时电阻大小要根据你们使用 的元件选择。图中R6是下拉电阻，使用的原因是我们希望